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Open Access
Numerical simulation of dislocation motion in icosahedral quasicrystals
(2002) Schaaf, Gunther; Trebin, Hans-Rainer (Prof. Dr.)
We have simulated shear deformation of an icosahedral model quasicrystal at elevated temperatures with molecular dynamics (MD). For the study of defects like dislocations and phason walls a new visualization method was developed. The generation of a dislocation loop was observed at a critical stress almost as large as the theoretical shear strength. Built-in dislocations started moving at a temperature-dependent critical stress considerably lower. While at zero temperature the dislocation propagated intermittently by large jumps its motion became viscous as temperature increased. The dislocation cores were considerably bulged out due to pinning at obstacles inherent in the structure. A calculation of the energy of a Peierls-Nabarro dislocation moved rigidly through the sample allowed us to determine the dominant obstacles. The results are set in relation to two different models of quasicrystalline plasticity.
Open Access
Numerische Simulation des mechanischen Verhaltens von Quasikristallen
(1998) Schaaf, Gunther
Der verstärkte Einsatz von Computern in der Physik hat auch der Erforschung der kristallinen Defekte neue Möglichkeiten eröffnet. Die numerische Simulation eines physikalischen Vorgangs nimmt dabei eine Art Zwischenstellung zu den klassischen Bereichen der Physik - Theorie und Experiment - ein und lässt die einstmals scharfe Trennlinie zwischen beiden verschwimmen. Es liegt nahe, dieses Werkzeug auf ein noch recht junges Teilgebiet der Physik anzuwenden: Die Physik der Quasikristalle. Auch bei dieser Stoffklasse wurden Versetzungen beobachtet und es gilt als sicher, dass sie großen Einfluss auf ihre plastische Verformung haben. Quasikristalle räumten mit einer alten Vorstellung der Festkörperphysik auf. Diese besagte, dass sämtliche in der Natur vorkommenden Kristalle periodisch aufgebaut sein müssten. Das Beugungsbild von Shechtmans Probe zeigte jedoch fünfzählige Symmetrie bei scharfen Bragg-Reflexen, so dass von einer hochgeordneten Struktur mit kristallographisch verbotenen Symmetrien ausgegangen werden musste. Für Quasikristalle musste also die Annahme einer Translationssymmetrie fallengelassen werden. Da die meisten Erklärungen der Eigenschaften von Kristallen jedoch auf deren periodischer Struktur aufbauen, ergibt sich die für die Festkörperphysik die schwierige und reizvolle Aufgabe, diese Theorien auf die allgemeineren, in Quasikristallen verwirklichten Strukturen zu erweitern. In dieser Arbeit wurden Scherdeformationen an Quasikristallen, in die eine Versetzung eingebaut wurde, simuliert. Die gewählte Simulationsmethode wird als Molekulardynamik bezeichnet. Darunter versteht man die simultane numerische Integration der Newtonschen Bewegungsgleichungen für jedes Atom zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten. Ein Problem dreidimensionaler Simulationen besteht in der Visualisierung der beobachteten Effekte.